KR20030058198A - 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시소자의 휘도 및 색재현율을 향상시키기 위한 것으로, 광빔의 편광특성을 변환하는 상부 편광판과, 상기 상부 편광판의 상부에 배치되어 칼라필터와 공통전극이 형성된 칼라필터 기판과, 칼라필터 기판의 하부에 마련된 액정층과, 상기 액정층 하부에 배치되어 광빔의 투과량을 조절할 수 있도록 신호를 인가하는 박막트랜지스터가 매트릭스 형태로 마련된 하부기판과, 상부기판의 하부에 배치되어 광빔의 편광특성을 변환하는 하부 편광판과, 상기 하부 편광판의 하부에 배치되어 각각의 화소에 형성된 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터와 일대일 대응이 되도록 형성된 적(R), 녹(G), 청(B) 발광소자를 포함하는 백라이트 유닛부로 이루어진다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 액정표시소자(liquid crystal display)에 관한 것으로, 특히 휘도 및 색재현율이 향상된 액정표시소자에 관한 것이다.
통상적으로, 액정 표시장치(Liquid Crystal Display)는 경량, 박형, 저소비 전력구동 등의 특징으로 인해 그 응용범위가 점차 넓어지고 있는 추세에 있다. 이러한 추세에 따라, LCD는 사무자동화 기기, 오디오/비디오 기기등에 이용되고 있는 실정이다. 한편, LCD는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 제어용 스위치들에 인가되는 영상신호에 따라 광빔의 투과량이 조절되어 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다.
일반적으로, 액정표시소자는 도1에 도시한 바와 같이 광빔을 발생함과 아울러 균일하게 공급하는 백라이트 유닛(Back Light Unit;10)과, 백라이트 유닛(10)의 상부에 배치되어 광빔의 편광특성을 변환시키는 하부 편광판(22), 하부 편광판(22)의 상부에 배치되어 광빔의 투과량을 조절할 수 있도록 신호를 인가하는 박막트랜지스터(Thin Flim Transistor;38)가 매트릭스 형태로 마련된 하부기판(24)과, 하부기판(24)의 상부에 마련된 액정층(28)과, 액정층(28)의 상부에 형성된 공통전극(30)과, 공통전극(30)의 상부에 형성되고, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 세 가지 기본색깔의 염료나 혹은 안료를 포함하는 수지막의 칼라필터(Color Filter;36)와, 칼라필터(36)의 상부에 배치한 상부기판(32)과, 상부기판(32)의 상부에 배치되어 광빔의 편광특성을 변환하는 상부 편광판(34)을 구비한다. 백라이트 유닛(10)은 광빔을 발생하는 광원과 상기 광원에서 발생된 광빔을 액정패널 쪽으로 균일하게 안내하는 도광판과 상기 도광판의 하부에 위치하여 도광판의 저면 또는 측면으로 진행하는 광빔을 액정패널 방향으로 반사시키는 반사판으로 구성되어 있다. 이러한 구성에 의해 백라이트 유닛(10)의 광빔은 액정패널 쪽으로 균일하게 진행하게 된다.
상기한 바와같이 액정 표시장치는 자체적으로 발광하지 못하고, 빛의 투과율을 조절하여 화상을 표시하는 특성을 갖기 때문에 액정 패널에 빛을 조사하기 위해 별도로 구비되는 백라이트 유닛은 광원이 액정표시소자의 밑면에 배치되어 빛이 액정 패널의 전면에 직접 투과되도록 하는 직하 방식과, 도광판의 일측면 또는 양측면에 배치되어, 빛이 도광판, 반사판 및 시트들(sheets)을 통해 반사, 확산 및 집광됨으로써, 액정 패널의 전면에 투과되도록 하는 에지(edge) 방식으로 나뉘어지며, 현재는 주로 에지 방식이 사용되고 있다.
그러나, 에지 방식은 직하 방식에 비해 휘도가 떨어지므로, 이를 조금이라도 보상하기 위해 프리즘 시트를 사용함으로써, 빛을 집광하려는 시도를 하고 있다.
도 2의 도면을 참조하여 에지 방식의 백라이트 유닛부의 구조 및 그 역할에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
에지 방식의 백라이트 유닛부는 램프(41)로부터 발생된 빛을 안내하기 위한 도광판(42)과; 상기 램프(41)를 감싸는 형태로 도광판(42)의 측면에 설치되는 램프 하우징(43)을 구비한다. 여기서, 램프(41)는 주로 냉음극관이 사용된다.
상기 램프(41)에서 발생된 빛은 도광판(42)의 측면 쪽으로 입사되며, 상기 램프 하우징(43)의 내면 표면은 빛을 반사시킬 수 있도록 처리되어, 램프(41)로부터 발생된 빛을 도광판(2)의 측면 쪽으로 반사시킴으로써, 램프(41)에서 발생된 빛의 이용률을 향상시키게 된다.
한편, 상기 도광판(42)은 경사진 하면과 수평한 상면(또는, 경사진 상면과 수평한 하면)의 패널 형태를 갖도록 PMMA와 같은 플라스틱 계열의 투명한 물질로 형성되며, 그 도광판(42)의 경사진 면은 빛을 균일하게 반사시키기 위하여 다수의 도트(dot)나 V형태의 홈이 구비됨에 따라 램프(41)로부터 발생된 빛이 상면을 경유하여 위쪽으로 균일하게 진행되도록 한다.
그리고, 상기 도광판(42)의 아래쪽에는 반사판(44)이 설치되고, 위쪽에는 확산판(45), 제1 및 제2프리즘 시트들(46a,46b), 그리고 보호 시트(48)가 순차적으로 설치된다. 여기서, 반사판(44)은 도광판(42)의 하면을 통해 아래쪽으로 투과되는 빛을 다시 도광판(42)쪽으로 반사시킴으로써, 빛의 손실을 줄임과 아울러 도광판(42)의 위쪽으로 투과되는 빛의 균일도를 향상시키는데 기여한다.
따라서, 상기 도광판(42)은 반사판(44)과 함께 램프(41)로부터 발생된 빛을 위쪽방향으로 안내하게 된다.
그리고, 상기 도광판(42)과 제1프리즘 시트(46a) 사이에 설치된 확산판(45)은 도광판(42)로부터 입사되는 빛을 분산시킴으로써, 빛의 부분적인 밀집으로 인한 얼룩이 발생되지 않도록 한다. 또한, 확산판(45)은 제1프리즘 시트(46a)쪽으로 진행하는 빛의 방향을 수직하게 일으켜 세우는 역할도 수행한다.
그리고, 상기 제1프리즘 시트(46a)는 평평한 하면과 전후방향으로 주름진 주름면을 갖는 반면에, 제2프리즘 시트(47)는 평평한 하면과 좌우방향으로 주름진 주름면을 갖는다. 따라서, 제1프리즘 시트(46a)는 제2프리즘 시트(7)쪽으로 진행하는 빛을 전후방향에서 집광하고, 제2프리즘 시트(47)는 보호 시트(48)쪽으로 진행하는 빛을 좌우방향에서 집광함으로써, 결과적으로 확산판(45)으로부터 보호 시트(48)쪽으로 진행되는 빛을 일으켜 세워 수직하게 진행될 수 있도록 한다.
이에 따라, 상기 제1 및 제2프리즘 시트들(46a,46b)을 통과하는 빛은 수직하게 진행되어 보호 시트(48)의 전표면에 대하여 균일하게 분포하게 됨으로써, 휘도가 향상된다.
그리고, 상기 보호 시트(48)는 백라이트 어셈블리의 최상층에 형성되어, 먼지나 긁힘(scratch)에 민감한 하부 시트들을 보호하고, 백라이트 어셈블리만을 운반하는 경우에 하부 시트들의 유동을 방지하는 역할을 하며, 그 외에 빛의 분포가 보다 균일해지도록 빛을 확산시키는 특성을 갖도록 할 수 있다.
그리고, 메인 지지대(49)는 상기 램프(41), 도광판(42), 램프 하우징(43), 반사판(44), 확산판(45), 제1 및 제2프리즘 시트들(46a,46b), 그리고 보호 시트(48)들을 지지함과 아울러 각 부재들을 안착시키는 역할을 한다.
그리고, 탑 케이스(top case, 21)가 설치하여 상기 액정 패널(50)의 상면 가장자리 전체를 눌러 고정시킨다.
직하방식의 백라이트는 에지방식에 비해 광 이용 효율이 높기 때문에 고휘도를 요구하는 대화면 액정표시장치에 주로 사용된다.
직하 방식의 백라이트 유닛부는 빛을 발생시키는 램프부와 상기 램프부 하부에 빛을 반사하는 반사판과, 상기 램프부와 소정간격 이격되어 램프부 상부에 설치되어 램프에서 발산된 빛을 확산시켜 액정 패널로 보내는 확산판과, 상기 램프부, 반사판, 확산판들을 지지함과 아울러 각 부재들을 안착시키는 메인 지지대로 구성되어 있다.
한편, 상기와 같이 구성된 백라이트 유닛부에서 도1 에 도시한 액정패널(50) 쪽으로 진행하는 백색 광빔은 하부 편광판(22)에 의해 편광되게 된다. 이렇게 편광된 광빔이 박막트랜지스터(38)에 의해 조절된 액정을 지나면서 편광상태가 바뀌게 된다. 이를 상세히 설명하면, 박막트랜지스터(38)가 온 되면 영상신호가 박막트랜지스터(38)를 경유하여 화소전극(26)에 인가되게 된다. 이때, 화소전극(26)과 공통전극(30) 간의 전위에 대응하여 액정의 배열형태가 바뀌게 된다.
액정층(28)에 의해 편광상태가 바뀐 광빔은 칼라필터(36)을 경유하여 각각의 칼라필터에 해당하는 색의 파장을 가지게 된다. 이 경우, 칼라 필터를 투과한 광빔의 스펙트럼 특성이 도 3에 도시되어 있다. 또한, 하나의 화소에는 적(R), 녹(G), 청(B)에 해당하는 부화소(sub-pixel)가 각각 마련되어 있다. 즉, 적(R), 녹(G), 청(B)을 포함한 3개의 부화소가 하나의 화소(pixel)를 이루게 된다.
이와 같이, 칼라필터(36)에 의해 소정의 색으로 구현된 광빔은 상부기판(32)을 경유한 후 상부 편광판(34)으로 진행하여 영상신호에 대응하는 화상을 나타내게 된다.
그러나, 백라이트부에서 입사되는 백색광이 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 칼라필터를 통과시킴으로써 색상을 구현하기 때문에 색의 순도가 떨어지는 문제점이 있었다.
또한, 색의 순도를 향상시키기 위해서 광중합 개시제, 모노머(monomer), 바인더(binder) 등의 광중합형 감광 조성물과 색상을 구현하는 유기 안료로 구성되어 있는 칼라필터를 두껍게 형성하게 되면 빛의 투과량이 감소하여 휘도가 감소하는 문제가 발생하게된다.
따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 액정 패널의 상부 기판에 형성된 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터에 대응되도록 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광다이오드(Light Emitting Diode)를 구성하여 광원으로 사용함으로써, 색재현 범위가 넓고 휘도가 향상된 액정표시장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 구성을 도시한 도면.
도 2는 에지 방식의 백라이트 유닛부를 도시한 도면.
도 3은 칼라 필터를 투과한 광빔의 스펙트럼 특성을 도시한 도면.
도 4는 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터와 동일하게 배치된 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 발광소자가 광원으로 구성된 본 발명의 액정표시장치를 도시한 도면.
도 5a 내지 도 5c는 광원에 배치될 수 있는 발광소자의 배치 구조를 도시한 도면.
도 6은 도 4에 있어서, 백라이트부를 상세하게 도시한 상세도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
51: 상부 편광판52: 컬러 필터
53: 공통 전극61: 박막트랜지스터
62: 하부 편광판63: 게이트 라인
65: 데이터 라인67: 화소 전극
83: 광원85: 광원부
84: 메인 지지대87: 반사판
89: 확산판88: 탑 게이스
90: 액정패널
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정표시소자는 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터가 구비된 컬러필터 기판과; 상기 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러 필터에 대응하는 적(R), 녹(G), 청(B) 화소의 액정 셀들이 액티브 매트릭스 형태로 배열되며, 각각의 액정 셀에 박막 트랜지스터(TFT)가 구비된 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 기판과; 상기 컬러필터 기판과 박막 트랜지스터(TFT) 어레이 기판 사이에 충진된 액정층과; 상기 박막 트랜지스터의 어레이 기판 하부에 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터와 동일하게 배치된 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 발광소자가 광원으로 구성된 백라이트부로 이루어진다.
또한, 상기 컬러필터 기판 상부에 배치된 상부 편광판과 박막트랜지스터 어레이 기판의 하부에 배치된 하부 편광판을 추가로 포함한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 상기한 바와 같은 본 발명의 액정표시소자에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4는 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터와 동일하게 배치된 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 발광소자가 광원으로 구성된 본 발명의 액정표시장치를 도시한 것이다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 액정표시장치는 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터(52)가 구비된 상부 기판(50)과; 상기 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러 필터(52)에 대응하는 적(R), 녹(G), 청(B) 화소의 액정 셀들이 액티브 매트릭스 형태로 배열되며, 각각의 액정 셀에 박막 트랜지스터(TFT)(61)가 구비된 하부 기판(60)과; 상기 상부 기판(50)과 하부 기판(60) 사이에 충진된 액정층(70)과; 상기 하부 기판(60) 하부에 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터(52)와 동일하게 배치된 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 발광소자(83)가 광원으로 형성된 백라이트부(80)로 구성되어 있다.
상기 상부 기판(50)은 유리 기판 하부에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 세 가지 기본색깔의 염료나 혹은 안료를 포함하는 수지막의 컬러 필터(52)와, 상기의 컬러 필터(52)의 평탄화를 위하여 또는 ITO와의 접착력을 향상시키기 위한 오버 코우트(over coat)막(미도시)과, 액정셀에 전압을 인가하기 위해 형성된 투명한 전도체인 ITO로 만들어진 공통전극(53)과, 액정 분자들의 배향을 위해 형성된 배향막으로 구성되어 있으며, 상기 컬러 필터(52)의 픽셀 사이에는 빛샘 방지를 위하여 블랙 매트릭스(미도시)가 추가로 형성되어 있으며, 상기 상부 기판(50)의 상부에는 상부 편광판(51)이 구성되어 있다.
상기 하부 기판(60)은 다수의 게이트 라인(gate line)(63)과 데이터 라인(data line)(65)이 매트릭스(matrix)형태로 교차되어 정의되는 화소와, 상기 게이트 라인(63)과 데이터 라인(65)이 교차하는 지점에 형성되고 게이트 전극(미도시)과 소스 전극(미도시)과 드레인 전극(미도시)을 포함하는 박막트랜지스터(61)와, 액정셀에 전압을 인가하기 위해 형성된 투명한 전도체인 ITO로 만들어진 화소전극(67)과, 액정 분자들의 배향을 위해 형성된 배향막(미도시)으로 구성되어 있으며, 상기 박막트랜지스터(61)의 구성에서, 게이트전극은 상기 게이트 라인(63)에서 일 방향으로 소정면적 돌출되어 형성되며, 상기 소스전극은 상기 데이터 라인(65)에서 상기 게이트전극 상부로 돌출되어 형성된다.
또한, 상기 하부 기판(60)의 하면에는 하부 편광판(62)이 구성되어 있다.
상기 백라이트부(80)에는 상부 기판(50)에 형성된 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 컬러필터(52)와 동일하게 배치된 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 발광소자(83)가 배치된 광원부(85)가 포함되어 있다.
이하, 상기 백라이트부(80)를 상세하게 도시한 도 5를 참조하여 상기 백라이트부(80)의 구조 및 작용에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 백라이트부(80)에는 광원(83)을 안착시키고 있으면서 광원(83)의 하부또는 측면으로 진행하는 광빔을 액정 패널 방향으로 반사시키는 반사판(87)과, 상기 광원(83)과 소정간격 이격되어 광원(83) 상부에 설치되어 광원(83)에서 발산된 빛을 확산시켜 컬러필터가 형성된 상부 기판(50)과 박막트랜지스터 어레이가 형성된 하부 기판(60)으로 이루어진 액정 패널(90)로 보내는 확산판(89)으로 구성되어 있다.
이때, 반사판(87)은 광원(83))으로부터 발생하는 빛을 효율적으로 반사시키기 위해서 주기적인 "V" 굴곡 형상으로 형성되어 있으며, 각각의 "V" 굴곡 내부에는 상부 기판(50)의 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터와 1:1 대응하는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 발광소자(83)가 배치되어 있다.
또한, 상기 광원(83), 반사판(87), 확산판(89) 그리고 액정 패널(90)은 메인 지지대(84)에 안착되어 있으며, 탑 케이스(top case, 88)가 설치되어 상기 액정 패널()의 상면 가장자리 전체를 눌러 고정시킨다.
상기한 바와 같이 구성된 백라이트부의 작용을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반사판(87)의 "V"자 굴곡 내부에 배치된 발광소자의 광원(83)으로부터 발생된 빛은 광원(83)의 상부에 형성된 확산판(89)으로 직접 진행한다. 상기 확산판(89)에 입사된 빛의 일부는 확산판(89)을 통과하여 상부로 진행하고, 나머지 일부는 광원(83)의 하부에 구비된 반사판(87)에 의해 반사된 후, 확산판(89)을 통과하여 상부로 진행한다.
그리고, 확산판을 통해 진행되는 빛은 액정 패널의 적(R), 녹(G), 청(B) 화소로 입사되는데 이때, 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광소자는 액정 패널의상부 기판에 형성된 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터와 일대일 대응이 되도록 배치되어 적색(R)의 발광소자에서 발생하는 빛은 적색(R)의 컬러필터로 진행하고, 녹색(G)의 발광소자에서 발생하는 빛은 적색(R)의 컬러필터로 진행하고, 청색(B)의 발광소자에서 발생하는 빛은 청색(B)의 컬러필터로 진행하도록 함으로써, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 순도를 높여 색재현 범위를 넓힐 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 광원이 배치될 수 있는 발광소자의 배치 구조를 도시한 것이다.
일반적으로, 액정 패널의 상부기판에 형성되는 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터 배열은 액정 표시장치의 용도에 따라 스트립(strip) 배열, 모자이크(mosaic) 배열, 델타(delta) 배열로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 발광 소자가 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 컬러필터와 동일한 위치에 형성되는 발광소자의 배열은 도 6a, 도 6b, 도 6c 순으로 스트립 배열, 모자이크 배열, 델타 배열로 형성할 수 있다.
본 발명의 백라이트로 적용되는 발광 소자는 매우 얇고, 가벼우며, 균일한 광을 제공하는 EL(electro luminescence)을 사용할 수 있으나, EL의 수명이 짧은 단점으로 인하여 EL에 비해서 밝기가 더 밝으며, 수명이 길고, 전력 소비가 적은 LED(light emitting diode)를 사용하는 것이 바람직하다.
술한 바와 같은 본 발명에 따른 액정 표시장치는 백라이트로 EL, 또는 LED를 사용함으로써, 소비 전력을 줄일 수 있고, 적(R), 녹(G), 청(B) 발광소자를 액정 패널의 상부 기판에 형성된 적(R), 녹(G), 청(B) 컬러필터와 일대일 대응이 되도록 배치시켜 적색(R)의 발광소자에서 발생하는 빛은 적색(R)의 컬러필터로 진행 하고, 녹색(G)의 발광소자에서 발생하는 빛은 적색(R)의 컬러필터로 진행하고, 청색(B)의 발광소자에서 발생하는 빛은 청색의 컬러필터로 진행하도록 함으로써, 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 순도를 높여 색재현 범위를 넓힐 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터가 구비된 컬러필터 기판과; 상기 컬러 필터에 대응하는 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 화소의 액정 셀들이 액티브 매트릭스 형태로 배열되며, 각각의 액정 셀에 박막트랜지스터가 구비된 박막트랜지스터 어레이 기판과; 상기 박막 트랜지스터의 어레이 기판 하부에 적색(R), 녹색(G), 청색(B) 컬러필터와 동일하게 배치된 적(R), 녹(G), 청(B) 색상의 발광소자가 광원으로 구성된 백라이트부로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 컬러필터 기판과 박막트랜지스터 어레이 기판 사이에 충진된 액정층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 백라이트부는 주기적인 "V" 굴곡으로 형성된 반사판과, 상기 반사판의 "V" 굴곡 내부에 형성된 광원과, 상기 광원과 소정간격 이격되어 광원 상부에 설치되어 광원에서 발산된 빛을 확산시켜 컬러필터가 형성된 상부로 보내는 확산판으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 광원은 EL(electro luminescence) 또는 LED(light emitting diode)등의 발광소자 인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 발광소자는 스트립 배열인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 발광소자는 모자이크 배열인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 발광소자는 델타 배열인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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